QUÍMICA GERAL / QUÍMICA TECNOLÓGICA ESTRUTURA ATÔMICA

1. QUÍMICA GERAL / QUÍMICA TECNOLÓGICA ESTRUTURA ATÔMICA Professora: Cíntia Helena de Freitas Química Licenciada - UIT Ms. Ciência e Tecnologia das Radiações, Minerais e Materiais - CDTN/UFMG

2. Estrutura Atômica • A Química é a ciência da matéria e das mudanças que ela sofre; • Há inter-relação entre a estrutura e as propriedades da matéria; • O comportamento físico e químico da matéria depende da maneira pela qual os átomos interagem e esta, por sua vez, depende de sua estrutura. Matéria / Corpo / Objeto • 1) Nível macroscópico: trata das propriedades de objetos grandes e visíveis; • 2) Nível microscópico: trata de um submundo de mudanças que não se pode ver diretamente; Funcionamento Químico • 3) Nível simbólico: trata da descrição dos fenômeno químicos por meio de símbolos químicos e equações matemáticas;

3. Estrutura Atômica • Modelo Atômico de Dalton: foi baseado na proposição de que os átomossão indivisíveis, imutáveis, e aparentemente sem estrutura (neutralidade), e este foi sucesso na explicação de muitas das características de transformações químicas. História do Modelo Atômico

4. Estrutura Atômica • História do Modelo Atômico • Modelo Atômico de J. J. Thomson: é proposto, no século XIX, que o átomo é constituído de uma esfera positiva grande e difusa, no qual os elétrons estão distribuídos homogeneamente. Esta conclusão foi originada de experimentos com tubos de Crookes que mostraram partes positivas e negativas dos átomos, sendo esta última denominada elétrons.

5. Estrutura Atômica • História do Modelo Atômico • Modelo Atômico de Rutherford: é proposto, entre 1890 e 1904, que o átomo consiste em um minúsculo núcleo, que contém toda a carga positiva e quase toda a massa do átomo, rodeado pelos elétrons. Este modelo é ainda considerado essencialmente correto. O experimento que levou a esta conclusão foi realizado por três cientistas e, o resultado evidenciou o átomo nuclear.

6. Estrutura Atômica • História do Modelo Atômico • Modelo Atômico de Bohr: o modelo de Rutherford aumentou a dúvida sobre a localização e movimento dos elétrons no átomo. De acordo com a física clássica, seria de esperar que os átomos entrassem em colapso e, assim deixassem de existir. No entanto este modelo aponta que a física clássica falha ao descrever o movimento e outras propriedades de partículas muito pequenas e, atribuindo conceitos da física quântica, Bohr postulou a existência de níveis de energia eletrônica quantizada. O conceito de quantização de energia eletrônica é ainda considerado essencialmente correto, embora suas ideias sobre órbitas não o sejam.

7. Estrutura Atômica • História do Modelo Atômico • Modelo de Chadwick: embora, no modelo de Rutherford, os prótons contivessem toda a carga do núcleo, eles sozinhos não podem compor sua massa. O problema da massa extra foi resolvido quando, em 1932, o físico inglês J. Chadwick, descobriu uma partícula que tinha aproximadamente a mesma massa de um próton, mas não era carregada eletricamente. Por ser a partícula eletricamente neutra, denominou-se nêutron. A exceção é o núcleo de muitos isótopos comuns de hidrogênio que contém um próton e nenhum nêutron.

8. Estrutura Atômica • O Átomo Moderno • Para o modelo atual do átomo acredita-se que o átomo seja composto de duas regiões: (1) o núcleo minúsculo compreendendo toda a carga positiva e os nêutrons, contendo praticamente toda a massa do átomo, e (2) uma região extranuclear, a eletrosfera, que é principalmente um espaço vazio, onde estão distribuídos os elétrons. Com o surgimento da física quântica, e a incerteza de localizar o elétron em seu orbital, um novo modelo se baseia em dois princípios:1) Princípio da Incerteza de Heisenberg: é impossível determinar com precisão a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante;2) Princípio da Dualidade da Matéria de Louis de Broglie: o elétron apresenta característica DUAL, ou seja, comporta-se como matéria e energia sendo uma partícula-onda.

9. Estrutura Atômica • O Átomo Moderno • Hoje  é sabido que o átomo é constituído por um núcleo rodeado por elétrons que se movem em uma alta velocidade de formas circulares que correspondem ao seu valor energético (orbitais). A nuvem atômica é uma estrutura tridimensional que resulta da fusão das formas próprias das orbitais ocupadas e das suas interações. Corresponde a uma porção do espaço, à volta do núcleo, onde os elétrons se movem. • Direção de movimento dos elétrons

10. Estrutura Atômica Material Complementar Sobre o modelo atual ainda há várias lacunas que ainda devem ser explicadas como o surgimento dos Bósons, Leptons, Quarks, etc..., recomendo para as pessoas que estão interessada em  aprofundar o conhecimento sobre este universo complexo a leitura sobre Química e Física Quântica.

11. Estrutura Atômica • Representação Eletrônica • A quantização de energias eletrônicas pode ser descrita em termos de orbitais, discretos e que são níveis de energia (as camadas do átomo).

12. Estrutura Atômica • Representação Eletrônica

13. Estrutura Atômica • Representação Eletrônica • Os orbitais são agrupados em subcamadas (s, p, d, f, ....) que são por sua vez agrupados em camadas (K, L, M, N, O, P, Q).

14. Estrutura Atômica • Representação Eletrônica • Cada orbital pode conter no máximo dois elétrons, com spins antiparalelos e, a atribuição detalhada dos elétrons num átomo para estes orbitais, subcamadas e camadas é chamada configuração eletrônica do átomo. • As configurações no estado fundamental são aquelas em que cada elétron tem a mais baixa energia possível, e podem ser previstas com considerável exatidão para muitos elementos seguindo modelo de distribuição.

15. Estrutura Atômica • Representação Eletrônica Diagrama de Energia ou Diagrama de Linus Pauling

16. Estrutura Atômica • Números Quânticos • A cada elétron num átomo podem ser atribuídos os valores dos quatro números quânticos: n, l, m e s. Ao especificar estes valores para um elétron, determinamos a camada, a subcamada, o orbital e o spin do elétron. De acordo com o princípio da exclusão de Pauli, não podem existir num átomo dois elétrons que tenham o mesmo conjunto de números quânticos. • Exemplo: consideremos o átomo de escândio que possui 21 elétrons, vejamos qual será o conjunto de números quânticos que irá representar o seu elétron mais energético.

17. Estrutura Atômica • Referências Bibliográficas • RUSSEL, J.B.Química Geral. São Paulo: Makron Books, 1994. V. 1 e 2 (540 R964q – 25ex) • ATKINS, P.; JONES, L. Princípios da Química. São Paulo: Bookman, 2001. (540 A874p- 10ex) • MAHAN, B.M.Química:um curso universitário. São Paulo: Edgard Blucher, 4 ed., 2002. (540 M214q – 15ex)